Энергетика локомоций

Энергетический обмен осуществляется в результате преобразо­вания питательных веществ в энергию. Энергия используется для обеспечения функции мышц. Интенсивность энергопродукции орга­низма в целом зависит от количества выделенной энергии (внешняя работа, тепло) и от количества запасенной энергии (депонирование питательных веществ, структурные преобразования) в единицу вре­мени: общее количество выработанной энергии — это сумма внеш­ней работы, тепловых потерь и запасенной энергии.

Энергетический обмен выражают в килокалориях на единицу вре­мени. Однако в Международной системе единиц (СИ) в качестве основной единицы энергии принят джоуль (Дж): 1 Дж = 1 Вт. 1 се­кунда = 2,39 ТО-⁴ ккал; 1 ккал = 4187 Дж = 4,187 кДж-0,0042 МДж. Отсюда следует, что 1 кДж/ч « 0,28 Вт (= 0,239 ккал/ч) и 1 кДж/сут - 0,012 Вт (« 0,239 ккал/сут).

Механическая энергия передвижения человека обусловлена мощностью его мускулатуры и мощностью внешних факторов.

Работа, развиваемая мышцами в определенный отрезок време­ни, соответствует изменению механической энергии тела, кото­рая, в свою очередь, состоит из двух компонент: кинетической и потенциальной энергии тела. Кинетическую и потенциальную энергию при расчете определяют приблизительно по кинематике тела или по движению общего центра тяжести (ОЦТ) тела.

Потенциальная энергия во время ходьбы меняется. Так, во вре­мя двойной опоры она минимальна и максимальна в момент вер­тикали (т. е. отталкивания от земли). Выявлено, что ко времени

двойной опоры уменьшение потенциальной энергии приводит к воз­растанию кинетической энергии тела к моменту вертикали (см. рис. 15.19). Таким образом, создаются условия для экономного рас­ходования мышечной энергии. Расчет механической работы мышц в течение локомоторного цикла осуществляется методами прямой и непрямой калориметрии, или по количеству потребляемого ки­слорода.

Как видно на рис. 15.28, скорость энерготрат в зависимости от скорости локомоций растет нелинейно.

Любая механическая работа мышц (мышцы) всегда требует затраты энергии, независимо от того, сокращается (или удлиня­ется) мышца, или она находится в изометрическом сокращении (табл. 15.7).

Во время шагового цикла при ходьбе расход энергии меняется. Так, уменьшение механической энергии (работы) происходит в ша­ге при переднем толчке, когда мышцы ноги, преодолевая инерцию падающего вперед тела, тормозят его и преимущественно растя­гиваются (см. рис. 15.19), а во время заднего толчка основная часть мышц сокращается и тем самым продвигается (перемещает) тело вперед. В другие фазы ходьбы активность мышц значительно сни­жена.

Отмечено, что темп ходьбы, бега, длина шага коррелирует с дли­ной тела (т. е. с ростом и особенно с длиной ног), что в результате сопровождается довольно высокой корреляцией между энерготра­тами и весом идущего (или бегущего) человека (H.J. Ralston, 1958; С. Wyndham et al, 1971; W.H. Walt, C.H. Wyndham, 1973 и др.).